CN114162319A - 一种复合式共轴直升机的操纵系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合式共轴直升机的操纵系统，其包括旋翼操纵系统及双尾推系统，旋翼操纵系统包括上倾斜器、下倾斜器及连杆机构，上倾斜器上的第一球铰上下滑动连接在内传动轴上，第一球铰的外侧滑动连接有动环一及动环二，下倾斜器上的第二球铰上下滑动连接在外传动轴上，第二球铰的外侧滑动连接有动环三及不动环四，内传动轴的顶部连接上旋翼，外传动轴的顶部连接下旋翼，双尾推系统包括支撑杆、安装杆、驱动装置及尾推螺旋桨，支撑杆固定连接在机身的尾端，安装杆与支撑杆垂直且水平固定在支撑杆上，驱动装置固定在安装杆的两端。本发明上旋翼及下旋翼的总距同步变化及周期变距同步变化，提高直升机的飞行速度及航向操纵效率。

Description

一种复合式共轴直升机的操纵系统
技术领域
本发明涉及航空器技术领域，具体涉及一种复合式共轴直升机的操纵系统。
背景技术
目前，发展高速复合直升机是航空研究热点之一，国内外已有的复合式共轴直升机均为传统布局共轴直升机加装单尾推机构。
传统布局的共轴式直升机(卡莫夫系列)采用上下旋翼差动的航向操纵方式，即通过改变上下旋翼总距及气动力扭矩实现航向操纵，这种间接的操纵方式使航向操纵响应慢，且旋翼差动机构复杂，零件数和重量较大，降低了可靠性。在直升机高速前飞时，旋翼总距差动操纵不能满足航向操纵要求，此时的旋翼总距差动会加剧上下旋翼的挥舞，存在上下旋翼打桨的危险。
因而，传统布局共轴直升机(卡莫夫系列)均设置双垂尾及方向舵用于高速飞行时的航向操纵。垂尾的航向操纵响应与飞行速度有关，在悬停和低速前飞时垂尾及方向舵是不起作用的。
因此，如何提供一种更加适应高速飞行需求的复合式共轴直升机的操纵系统是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种复合式共轴直升机的操纵系统，将传统共轴直升机旋翼操纵系统的航向操纵机构及双垂尾省去，不再通过总距差动及垂尾方向舵操纵产生偏航力矩，旋翼操纵系统仅负责旋翼总距与周期变距的操控，降低了操纵系统复杂性，减少了旋翼操纵系统及垂尾的零件数量及重量，避免了高速前飞时旋翼总距差动导致的上下旋翼碰撞问题。提高飞行速度及飞行安全性，且双尾推的设置在满足高速飞行的同时具有航向控制效果。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种复合式共轴直升机的操纵系统，用于操纵复合式共轴直升机的飞行，复合式共轴直升机包括共轴的内传动轴及外传动轴，内传动轴与外传动轴独立转动，其包括：
旋翼操纵系统，所述旋翼操纵系统包括上倾斜器、下倾斜器及连杆机构，所述上倾斜器上的第一球铰上下滑动连接在所述内传动轴上，所述第一球铰的外侧滑动连接有动环一及动环二，所述下倾斜器上的第二球铰上下滑动连接在所述外传动轴上，所述第二球铰的外侧连接有动环三及不动环四，所述内传动轴的顶部通过旋翼头连接上旋翼，所述外传动轴的顶部通过旋翼头连接下旋翼，所述连杆机构包括同步杆、操纵连杆、下旋翼变距拉杆及上旋翼变距拉杆，所述同步杆为多组且其的两端分别与所述动环二及动环三铰接，所述操纵连杆连接所述不动环四带动第二球铰上下升降，所述下旋翼变距拉杆的两端分别与所述下旋翼及动环三铰接，所述上旋翼变距拉杆的两端分别与所述动环一及上旋翼铰接；
双尾推系统，所述双尾推系统包括支撑杆、安装杆、驱动装置及尾推螺旋桨，所述支撑杆固定连接在机身的尾端，所述安装杆与所述支撑杆垂直且水平固定在所述支撑杆上，所述驱动装置为两组，其分别固定在所述安装杆的两端，所述驱动装置的驱动轴与所述尾推螺旋桨连接带动其转动。
本发明的有益效果是：通过设置的旋翼操纵系统及双尾推系统控制直升飞机的高速飞行，旋翼操纵系统包括上倾斜器、下倾斜器及连杆机构，上倾斜器上的第一球铰滑动连接在内传动轴上，上倾斜器的动环一通过上旋翼变距拉杆与上旋翼连接，使得上旋翼周期变距，上倾斜器的动环二与下倾斜器的动环三通过同步杆连接，实则是下倾斜器的状态变化直接同步传递到上倾斜器的状态变化，下倾斜器的不动环四与操纵连杆连接，操纵连杆发出总距信号或者周期变距信号，当操纵连杆上下移动发出总距改变信号时，第二球铰在外传动轴上移动，下旋翼变距拉杆实现下旋翼角度变化，由于上倾斜器与下倾斜器之间通过同步杆连接的，下倾斜器的变距信息同步传递到上倾斜器实现上旋翼的总距变化或者周期变距，具体的双驱动装置控制直升机的高度飞行及航向，相对于传统的高速直升机减少了航向操纵机构，且配合双尾推系统的使用提高了飞行速度及航向操纵效率。
优选的，所述动环一位于在所述动环二的顶部，所述动环三位于在所述不动环四的顶部，所述动环一与所述上旋翼同步转动，所述动环二及动环三与所述下旋翼同步转动，所述操纵连杆为多组，其的一端分别铰接在所述不动环四的外周，另一端连接舵机。
优选的，所述驱动装置为发动机或者电机，两组所述驱动装置对称位于所述机身的尾端两侧。
优选的，所述尾推螺旋桨的旋转平面分别与所述上旋翼及下旋翼的旋转平面垂直，双尾推系统的两组所述尾推螺旋桨的转向相反。
附图说明
图1为本发明一种复合式共轴直升机的操纵系统的总装示意图；
图2为本发明一种复合式共轴直升机的操纵系统的旋翼操纵系统局部示意图；
图3为本发明一种复合式共轴直升机的操纵系统的双尾推系统的局部示意图。
1机身、2内传动轴、3外传动轴、4上倾斜器、401第一球铰、402动环一、403动环二、5下倾斜器、501第二球铰、502动环三、503不动环四、6连杆机构、601同步杆、602操纵连杆、603下旋翼变距拉杆、604上旋翼变距拉杆、7支撑杆、8安装杆、9驱动装置、10尾推螺旋桨、11上旋翼、12下旋翼。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅本发明附图1至3，根据本发明实施例一种复合式共轴直升机的操纵系统，用于操纵复合式共轴直升机的飞行，复合式共轴直升机包括共轴的内传动轴2及外传动轴3，内传动轴2与外传动轴3独立转动，其包括：
旋翼操纵系统，旋翼操纵系统包括上倾斜器4、下倾斜器5及连杆机构6，上倾斜器4上的第一球铰401上下滑动连接在内传动轴2上，第一球铰401的外侧滑动连接有动环一402及动环二403，下倾斜器5上的第二球铰501上下滑动连接在外传动轴3上，第二球铰501的外侧连接有动环三502及不动环四503，内传动轴2的顶部通过旋翼头连接上旋翼11，外传动轴3的顶部通过旋翼头连接下旋翼12，连杆机构6包括同步杆601、操纵连杆602、下旋翼变距拉杆603及上旋翼变距拉杆604，同步杆601为多组且其的两端分别与动环二403及动环三502铰接，操纵连杆602连接不动环四503带动第二球铰501上下升降，下旋翼变距拉杆603的两端分别与下旋翼12及动环三502铰接，上旋翼变距拉杆604的两端分别与动环一402及上旋翼11铰接；
双尾推系统，双尾推系统包括支撑杆7、安装杆8、驱动装置9及尾推螺旋桨10，支撑杆7固定连接在机身1的尾端，安装杆8与支撑杆7垂直且水平固定在支撑杆7上，驱动装置9为两组，其分别固定在安装杆8的两端，驱动装置9的驱动轴与尾推螺旋桨10连接带动其转动。双尾推的设置可以满足直升机的高速飞行，在满足直升机高速飞行的前提下，通过双尾推螺旋桨的变距状态实现航向的改变。
具体的，动环一402位于动环二403的顶部，动环三502位于不动环四503的顶部，动环一402与上旋翼11同步转动，动环二403及动环三502与下旋翼12同步转动，操纵连杆602为多组，其的一端分别铰接在不动环四503的外周。另一端连接舵机，舵机实现操纵指令，动环与不动环的定义实则是相对机身而言的。
在另一些实施例中，驱动装置9为发动机或者电机，两组驱动装置9对称位于机身1的尾端两侧。其通过旋翼头连接的尾推螺旋桨产生的推力为直升机的前行提供动力。
具体的，尾推螺旋桨10的旋转平面分别与上旋翼11及下旋翼12的旋转平面垂直。双尾推系统的两组尾推螺旋桨的转向相反。
外传动轴和内传动轴用于连接上下旋翼以及安装旋翼操纵系统，具体地，操纵连杆传递操纵命令，控制下倾斜器不动环四运动，带动下倾斜器动环三同步运动；下倾斜器上的动环三通过下旋翼变距拉杆控制下旋翼桨叶变距；下倾斜器动环三通过同步杆控制上倾斜器上的动环二，使上下倾斜器同步移动与倾斜；上倾斜器动环二运动，带动上倾斜器动环一同步运动，其指的是轴向移动，上倾斜器动环一通过上旋翼变距拉杆控制上旋翼桨叶变距；上旋翼和下旋翼桨叶桨距无差动，进行总距变化与周期变距变化是同步的；旋翼操纵系统中无旋翼总距差动航向操纵机构。精简了结构。减少了零件。
如图3所示，本实施例中尾推螺旋桨的驱动来源为电机，在更广泛的应用中尾推螺旋桨的驱动也可以是发动机等；尾推螺旋桨连接在安装杆的两端实现相对机身位置的两侧对称分布，通过调节双螺旋桨的转速实现不同的推力，产生推力差，构成机身扭矩起到航向控制作用，实现航向的平衡与控制。
本发明通过消除传统共轴直升机的旋翼差动控制机构及双垂尾方向舵机构，增加了双尾推系统。双尾推系统起到推力及控制航向作用，从而降低了传统高速直升机操纵系统的复杂性；减少了操纵系统的零件数量；提高了共轴直升机的飞行速度及航向操纵效率。
本发明涉及到的复合式共轴直升机的主要工作状态为高速飞行状态。在悬停时，双尾推机构仍然起到航向控制作用，由于共轴双旋翼在悬停时上下旋翼在总距相同情况下的扭矩差很小，因而双尾推机构为克服该扭矩所产生的总推力较小，该力可通过共轴双旋翼的纵向操纵产生的后向力实现纵向平衡；前飞时双尾推机构提供推力，可承担整机的部分和全部废阻力，从而减小旋翼的废阻功率，大幅提高飞行速度。
与现有技术相比，本发明的优点为：将传统共轴直升机旋翼操纵系统的航向操纵机构及双垂尾省去，不再通过总距差动及垂尾方向舵操纵产生偏航力矩，旋翼操纵系统仅负责旋翼总距与周期变距的操控，降低了操纵系统复杂性，减少了旋翼操纵系统及垂尾的零件数量及重量，避免了高速前飞时旋翼总距差动导致的上下旋翼碰撞；双尾推系统在直升机的不同飞行情况下都能进行良好的航向操纵，无需旋翼差动及双垂尾的结构布置。在直升机前飞时双尾推系统可提供推力，承担整机的部分和全部废阻力，从而减小旋翼的废阻功率，大幅提高飞行速度。
对于实施例公开的装置和使用方法而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种复合式共轴直升机的操纵系统，用于操纵复合式共轴直升机的飞行，复合式共轴直升机包括共轴的内传动轴(2)及外传动轴(3)，所述内传动轴(2)与外传动轴(3)独立转动，其特征在于，包括：
旋翼操纵系统，所述旋翼操纵系统包括上倾斜器(4)、下倾斜器(5)及连杆机构(6)，所述上倾斜器(4)上的第一球铰(401)上下滑动连接在所述内传动轴(2)上，所述第一球铰(401)的外侧滑动连接有动环一(402)及动环二(403)，所述下倾斜器(5)上的第二球铰(501)上下滑动连接在所述外传动轴(3)上，所述第二球铰(501)的外侧连接有动环三(502)及不动环四(503)，所述内传动轴(2)的顶部通过旋翼头连接上旋翼(11)，所述外传动轴(3)的顶部通过旋翼头连接下旋翼(12)，所述连杆机构(6)包括同步杆(601)、操纵连杆(602)、下旋翼变距拉杆(603)及上旋翼变距拉杆(604)，所述同步杆(601)为多组且其的两端分别与所述动环二(403)及动环三(502)铰接，所述操纵连杆(602)连接所述不动环四(503)带动第二球铰(501)上下升降，所述下旋翼变距拉杆(603)的两端分别与所述下旋翼(12)及动环三(502)铰接，所述上旋翼变距拉杆(604)的两端分别与所述动环一(402)及上旋翼(11)铰接；
双尾推系统，所述双尾推系统包括支撑杆(7)、安装杆(8)、驱动装置(9)及尾推螺旋桨(10)，所述支撑杆(7)固定连接在机身(1)的尾端，所述安装杆(8)与所述支撑杆(7)垂直且水平固定在所述支撑杆(7)上，所述驱动装置(9)为两组，其分别固定在所述安装杆(8)的两端，所述驱动装置(9)的驱动轴与所述尾推螺旋桨(10)连接带动其转动。
2.根据权利要求1所述的一种复合式共轴直升机的操纵系统，其特征在于，所述动环一(402)位于在所述动环二(403)的顶部，所述动环三(502)位于在所述不动环四(503)的顶部，所述动环一(402)与所述上旋翼(11)同步转动，所述动环二(403)及动环三(502)与所述下旋翼(12)同步转动，所述操纵连杆(602)为多组，其的一端分别铰接在所述不动环四(503)的外周，其的另一端连接舵机。
3.根据权利要求1所述的一种复合式共轴直升机的操纵系统，其特征在于，所述驱动装置(9)为发动机或者电机，两组所述驱动装置(9)对称位于所述机身(1)的尾端两侧。
4.根据权利要求1所述的一种复合式共轴直升机的操纵系统，其特征在于，所述尾推螺旋桨(10)的旋转平面分别与所述上旋翼(11)及下旋翼(12)的旋转平面垂直，双尾推系统的两组所述尾推螺旋桨的转向相反。
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